核心素养视域下物理教学魅力体现

摘 要：本文介绍了魔术在物理新课引入环节中的应用.通过光学、热学和力学一共五个具体的魔术来说明如何制作和演示魔术.在新课引入环节中恰当运用魔术可以激发学生的好奇心和求知欲.

关键词：魔术;物理新课;课堂引入

文章编号：1008-4134（2019）16-0034    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

作者简介：程帮军（1984-），男，江苏连云港人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理教学研究.

1 魔术在课堂引入环节中的作用

魔术是以不断变化让人捉摸不透并带给观众惊奇体验为核心的一种表演艺术，是制造奇妙的艺术.更简单的说，它是一种表面上违反客观规律的表演.魔术是依据科学的原理，运用特制的道具，巧妙综合视觉传达、心理学、化学、数学、物理学、表演学等不同科学领域的高智慧的表演艺术.抓住人们好奇、求知心理的特点，制造出种种让人不可思议、变幻莫测的现象，从而达到以假乱真的艺术效果.如果将魔术运用到物理课堂的引入环节将达到事半功倍的效果.在课堂开始恰当运用魔术表演可以激起学生的好奇心和求知欲，大大提高物理课堂效率.笔者将魔术和物理教学新课引入环节有机结合设计了以下几个魔术教学案例和同仁一起分享.

2 魔术在初中物理新课引入环节应用案例

案例1 “平面鏡”课堂引入设计——隔物灭火魔术

魔术材料：透明玻璃板40cm×40cm、不锈钢支架、两根白色蜡烛、两个打火机、吸管一根.

魔术制作：如图1（a）所示，在不锈钢支架下面铺上硬纸板，在距离玻璃板等远处，在放置蜡烛位置处用剪刀裁剪出大小与蜡烛横截面相等的圆孔.两个圆孔关于玻璃板对称，在魔术表演之前将两根蜡烛燃烧至长度相同.魔术具体操作步骤：（1）教师说明中间是一个透明玻璃板，然后用左右手将两个打火机同时打火点燃玻璃板两侧的蜡烛，如图1（a）所示，然后用吸管吹灭前面蜡烛，如图1（b）所示，说明玻璃板后面蜡烛无法被吹灭，然后将玻璃板后面蜡烛熄灭;（2）下面是见证奇迹的时刻，教师用手去抚摸玻璃（吸引学生注意力制造悬念）让玻璃板具有魔力;（3）同时左右手拿两个打火机，把在玻璃板面前的蜡烛点燃，而玻璃板后面的蜡烛不点燃，看到的效果如图1（c）所示;（4）用吸管对着玻璃前面蜡烛吹，会看到玻璃前面和后面的蜡烛同时熄灭了，如图1（d）所示.

魔术现象：第一次吹玻璃板前面点燃的蜡烛，前面的蜡烛熄灭，玻璃板后面的蜡烛没有被吹灭.第二次同时点燃蜡烛以后，用手抚摸玻璃板，吹灭玻璃板前面的蜡烛，玻璃板后面的蜡烛也跟着熄灭了.

魔术原理：根据平面镜成像特点：正立、等大、等距的虚像.第一次是将玻璃板前后两根蜡烛都点燃了，所以只能吹灭玻璃板前面的蜡烛.第二次只点燃了玻璃板前面的蜡烛，由于平面镜成像特点看上去玻璃板后面的蜡烛也被点燃了.第二次再吹玻璃板前面的蜡烛看上去把玻璃板后面的蜡烛也吹灭了.

点评 此实验构思巧妙，恰当地将平面镜成像原理应用到小魔术当中，在上“平面镜”一课开始引入部分来演示，会起到画龙点睛的作用，极大地激发起学生的兴趣和好奇心.

案例2 “机械能与内能的相互转化”课堂引入设计——瓶中云雾魔术

魔术材料：高度白酒（二锅头）或医用酒精（药店有卖）、矿泉水瓶.

魔术制作：（1）将少量白酒（或者酒精）倒入到瓶子里面（少许就可以不用太多）;（2）拧紧瓶盖，使劲摇晃瓶子，使得酒精与空气充分混合（也可以用热水烫一下使得混合充分）;（3）然后像拧麻花一样使劲来拧塑料瓶（对气体做功），使得瓶子空间被压缩一半左右;（4）然后用一只手握住被拧紧的部分，迅速打开瓶盖（会听见呯的一声），瓶内出现白色云雾（如图2所示）.

魔术现象：教师用手摇晃以后用力拧紧矿泉水瓶末端，然后打开盖子，瓶子内部出现白色云雾.

魔术原理：魔术原理是改变气体内能的两种方法做功和热传递.对于一定质量的理想气体，拧紧塑料瓶短时间内使得气体体积迅速减小，对气体做功，拧紧瓶子的过程比较快，可以看成绝热过程，此时瓶内气体的压强增大.根据热力学第一定律U=W+Q，做功和热传递都可以改变物体内能，拧矿泉水瓶的过程可以看成对气体做功，气体内能增大，气体温度升高.迅速打开瓶口时，气体对外做功内能减小，瓶内气体压强减小，瓶内温度迅速降低，使得本来混合的酒精和空气混合气体温度迅速降低.当温度降低时，使水蒸气和酒精蒸气都液化为小液滴也就是我们看到的“白雾”.

点评 这个魔术的最大优点是取材简单操作方便.高度白酒、矿泉水瓶都是生活中常见物品.在“内能”新课引入时教师做这样一个小魔术，可以把学生注意力吸引到物理课堂上提高学习效率.讲完新课以后教师再回顾解释这个小魔术的物理原理，这样会给学生留下深刻的印象，将物理与生活紧密联系到一起.

案例3 《磁场对电流的作用 电动机》课堂引入设计——意念螺丝魔术

【魔术材料】意念螺丝套件如图3（A）所示、纽扣电池、螺杆、螺母、拆卸环磁铁.

【魔术制作】将拆卸环套在螺杆底部，然后向上拧紧螺母，会把螺杆底部顶出来，然后将纽扣电池放入螺杆内部，安装好螺杆底座.将圆形小磁铁用透明胶布粘贴在中指（或无名指）内部如图3（B）所示.用拇指和食指拿住螺杆拧上螺母，通过中指上次磁铁靠近螺杆底部，就会使得上面的螺母沿着螺杆运动.可以使用另外一只手的两个手指靠近螺杆摩擦来吸引学生注意力.

【魔术现象】发现表演魔术的人可以通过意念控制螺杆上的螺母前进，直到螺母从螺杆上掉下来.

【魔术原理】在螺杆内部安装有一个微型电动机，内部放置了一个磁控开关，当磁铁靠近就使得电路接通电机使得螺杆振动起来.由于螺纹的存在使得螺母会沿着螺杆运动起来.当磁铁远离螺杆底部电路断开，螺母就停止运动了.

点评 实验成功率高操作性强，在表演之前要多练习几次使得左右和右手默契配合.在新课开始的时候表演这个魔术说明魔术原理与本节课学习内容紧密联系，这样可以大大调动学生的学习热情.在课程学习以后再紧扣引入的魔术进行揭秘，这样可以使得学生通过科学来理解生活中的魔术现象，加强科学与生活的联系.

案例3 “流体压强与流速的关系”引入设计——隔墙灭火魔术

魔术材料：蜡烛、玻璃杯、打火机.

魔术制作：（1）将蜡烛点燃.（如果蜡烛太长用刀切短）;（2）从杯子底部上方来吹气，气流平行杯子侧壁;（3）杯子里面的蜡烛熄灭了.

魔术现象：点燃的蜡烛在玻璃杯里面，教师从封闭的一端吹气，杯子里的蜡烛被吹灭了.

魔术原理：魔术涉及到的物理知识是流体的压强与流速.蜡烛燃烧产生的二氧化碳、水蒸气，以及被加热的空气组成的混合热气，聚集在火焰上方并贴着玻璃杯上侧面向外流，冷空气从下方向内流.此实验最大优点恰恰就是因为蜡烛燃烧会消耗氧气，使得杯中氧气比较稀薄.只要人用力吹气，在杯内气体急剧向外流出时，蜡烛会因过度缺氧而熄灭.此实验演示气体压强和流速关系，用力吹气沿着杯子上壁向右侧气体流速增大，气压减小，在杯子内部由于蜡烛燃烧导致气流方向如图3所示.吹气导致杯子内部上方气流突然加速向外流动，下方加速流入，使得中间交界面处相对速度急剧增大，蜡烛熄灭.

点评 这个魔术趣味性很强且操作步骤简单.作为压强与流速关系引入新课紧扣主题.隔着玻璃可以把蠟烛吹灭让学生感觉到不可思议，在引入环节提高学生对流体压强与流速关系的兴趣.实验可以进行课后拓展，从杯子的不同方向来吹蜡烛怎样吹容易将蜡烛吹灭.

案例4 “物体的沉与浮”课堂引入设计——听话的浮子魔术

魔术材料：小药瓶、广口玻璃饮料瓶、气球、电线（铜丝或铁丝）、橡皮筋、老虎钳、剪刀.

魔术制作：（1）取一段细金属丝缠绕在小药瓶上，要注意对称缠绕，在水槽里放水，然后将小药瓶放入到水中，恰好浮起来为合适状态.可以先多缠绕一点金属丝，然后逐渐剪短来调整重力的大小，实验最难的地方就是制作合适的浮沉子;（2）然后将气球口位置用剪刀剪掉.在大的玻璃瓶中放入适量的水，水不要灌满;（3）将剪好的气球膜套在瓶口上.然后再套上橡皮筋，使得瓶口密封.

魔术现象：向下轻按气球膜，沉浮子就会下沉.向上轻拉橡皮膜沉浮子就会向上浮.浮子好像听人的话一样可以任意地向上和向下受到控制（如图4所示）.

魔术原理：魔术涉及到的物理知识是阿基米德原理和液体压强的传递.浸入静止流体（气体或液体）中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开流体所受的重力，方向竖直向上并通过所排开流体的重心.小玻璃瓶倒着扣入水中，瓶中空气占据一定的体积，所受到的浮力等于排开液体所受的重力，同时金属丝和玻璃瓶也占据了一定的空间，所以浮子总的体积等于空气的体积、玻璃瓶体积和金属丝体积之和.当在瓶口用手指压气球膜时，瓶口上方空气体积减小压强增大，根据液体和气体压强的传递性导致浮子内部的空气被压缩体积减小，所以整个浮子受到的浮力减小，重力大于浮力下沉.当移开手指或者向上拉气球膜时，水上方空气压强减小，浮子内部空气体积增大，浮力大于浮子所受重力而上浮，静止时浮子受到的浮力等于浮子受到的重力，二者大小相等方向相反.

点评 魔术取材简单、制作容易可操作性强.魔术的趣味性强，教师可以说里面的小瓶子有生命，问学生信不信，学生肯定说没有.教师可以控制让小瓶上升和下降.结果瓶子会随着教师的操作不断上上下下.十分有趣的魔术，魔术紧扣主题液体传递压强和阿基米德原理，在讲解对应的知识时都可以表演魔术.

案例5 “大气压强”课堂引入设计——空杯取酒魔术

魔术材料：一台FDM（热熔沉积型）3D打印机，打印材料为ABS，PLA，PC等塑性材料.

魔术制作：（1）设计魔术3D打印图纸，杯子的直径6cm、高度为7cm、内外壁厚度2.5mm;（2）根据图纸准备好制作材料，使用ABS塑性材料进行3D打印;（3）老师当全班同学的面拿出3D打印好的杯子，然后在杯子里面倒入自来水;（4）教师用手指堵住P2位置，将杯子里的水倒空;（5）拿到下面展示给同学观察，让学生看到杯子变空了，教师将杯子放到讲台上;（6）用一块纱布盖上杯子然后喊一声变，然后再次拿起杯子让同学观察，学生尖叫有水了.

魔术现象：当教师将杯中的水倒空以后，可以再倒出半杯水.学生会感觉无比的神奇.

魔术原理：魔术原理是大气压强和连通器原理.由于教具底部和侧面都设计了小孔.当进行步骤（3）时，由于连通器的原理，水会穿过底部小孔流入空心层，使杯内与空心层内的水面同高（水面最高可达P2孔的高度，当进行步骤（4） 时，由于P2被堵住，大气压将作用在P1孔上，使空心层内上部的水不会从底部P1孔溢出，同时留在空心层下部的水，本身也不会从P1孔溢出，也就形成了“空杯”的效果.当进行步骤（5）、（6）时，松开手指，P1， P2孔均打开，由于连通器原理，空心层内的水会有部分从底部小孔P1溢出，也就形成了“空杯来酒”的效果.

点评 魔术的材料要求比较高，魔术本身设计比较巧妙.如果学校购买了3D打印机，这个实验比较容易制作.实验将大气压强和连通器原理运用到魔术当中.在新课引入用空杯取酒实验会非常震撼.学完大气压强知识以后，教师展示空杯取酒原理让学生分析原因可以培养学生的分析能力，通过魔术表演会吸引学生的注意力提高课堂教学效率.

3 总结

在日常生活和观看魔术表演时教师要善于观察和分析，分析魔术表演的科学原理.在有条件的情况下在物理课堂上重复表演，然后揭秘其中的物理原理，这样可以坚定学生的辩证唯物世界观，使得学生热爱科学相信科学.

参考文献：

[1]何佳娜，曹峻，侯雨晴.空杯来酒”魔术教具的制作及教学启示[J].中学物理，2018，36（08）：21-23.

[2]俞悦.“小魔术”展现物理魅力[J].中学物理，2016，34（22）：60-61.

[3]吴燕.唤醒·体验·架构·释疑——一节初中物理复习课的现场体悟[J].中学物理，2018，36（12）：50-52.

（收稿日期：2019-05-09）